一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备及其方法

技术领域

本发明涉及大数据传输设备技术领域，具体是一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备的方法。

背景技术

电力线载波通信是以输电线路为支撑，作为载波信号的传输媒介，基于输电线路输送工频电流时进行载波信号传送。

现有技术中，如申请号为：CN2013206579860中公开的名称为：电力线载波通信系统，其中包括感应电路、信号处理电路和单片机；所述信号处理电路包括耦合电路和电力线载波处理芯片，耦合电路的输出信号依次通过带通滤波电路和前级放大电路输入到电力线载波处理芯片，电力线载波处理芯片的输出信号通过功率放大电路输入到耦合电路；电力线通过感应电路连接到耦合电路。

但是由于使用电力总线作为传输介质，基于此上的所有通讯为独占式通讯，只要有收发双方建立通讯状态，其他设备是无法同时使用电力总线的。

而且如现有技术中如申请号为：CN2013206579860中提到的电力线载波通信系统，其中基于电力线载波通讯时，交流电电力线作为传输载体速率低，多个节点混合通讯时，传输延迟时间久，且电力线载波传输安全性低，因此需要设计一种基于UWB与电力线载波技术融合的大数据传输设备及其方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备及其方法，以解决现有技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备，大数据传输设备包括用于电力线载波通讯的电力线载波模块和具备天线阵面的UWB通讯模块；

所述UWB通讯模块包括：

底座盒，所述底座盒内置有电路模块和驱动电机一；

支架座，所述支架座转动安装于底座盒上，通过驱动电机一驱动支架座围绕底座盒中心位置转轴水平旋转，支架座上固定安装有支架；

UWB通讯单元，所述UWB通讯单元包括UWB通讯模块箱体、UWB天线阵面体和若干个天线模块，UWB通讯模块箱体通过轴杆转动连接于支架上。

优选地，所述底座盒内包含电力载波通讯电路、驱动电机一及相应的UWB通讯电路。

优选地，所述UWB通讯模块箱体的两侧固定安装于轴杆上，支架上开设有用于安装轴杆的轴孔。

优选地，所述支架上固定安装有驱动电机二，驱动电机二的输出端与轴杆固定连接，用于控制UWB通讯模块箱体绕轴杆进行俯仰旋转。

优选地，所述UWB天线阵面体固定连接于UWB通讯模块箱体的一端，三个天线模块以中心点构成等边三角形的方式布置于UWB天线阵面体上，UWB通讯单元为一体式结构。

一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：

基于电力线载波通讯，数据发送方向接收方传递握手信号进行握手。

步骤二：

依照双方握手信息，发送方与接收方相互进行测向操作。

步骤三：

依照双方握手信息，交换测向信息，并调整双方UWB模块天线阵面上的天线模块正对。

步骤四：

依照双方握手信息，交换待通讯的信息，再选择设置多天线的工作模式。

步骤五：

双方基于UWB通讯模块交互传递大数据信息后，结束握手通讯。

本发明的有益效果：

1、本发明大数据传输设备，基于UWB通讯与电力线载波通讯融合的方式，将电力线载波通讯上进行简单数据交互，再利用UWB通讯模块进行点对点精准的数据传输，数据传输可靠稳定，数据传输效率高，且不会其他节点通讯造成影响；

2、本发明大数据传输设备，结构简单，电力线载波通讯节点上的UWB通讯模块具有天线阵面和天线一体式结构,可以精准调节天线指向，根据实际需要进行数据通讯的收发点进行测角调节，实现点对点定向通讯和数据传输；

3、本发明大数据传输设备的方法，方法简单高效，基于UWB与电力线载波通讯可进行简单可靠地数据交互，数据传输安全系数高，传输过程中天线角度调节方便，适合大数据传输交互使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明UWB通讯模块结构示意图；

图2是本发明UWB通讯模块结构示意图；

图3是本发明UWB通讯模块结构的剖视图；

图4是本发明电力线载波通讯模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备，电力载波通讯模块如图4所示，其中主要以输电的电力线线路为载波信号传输媒介的电力系统通讯，电力线与全集成式的电力载波通讯模块连接。

现有的电力线载波通讯是以普通交流电力线为传输载体，速度低，且任何时间点上，只能有一个发送数据的节点，多节点通讯时需要排队等候，数据通讯时间存在延迟，易导致通讯数据丢失。

如图1、图2、图3所示，大数据传输设备包括UWB通讯模块，UWB通讯模块连接于电力线载波的通讯节点上，且UWB通讯模块具备天线阵面结构。

UWB通讯模块包括底座盒1，底座盒1内设置有电路模块12，电路模块12包含UWB通讯电路和电力载波通讯电路，UWB通讯电路用于对数据节点上的数据进行缓冲，避免数据拥堵造成数据丢失，电力载波通讯电路用于进行电力线载波通讯。

在底座盒1内固定安装有驱动电机一13，固定设有底座盒1的一端设置有数据接孔11，用于底座盒1与电力线载波通讯节点连接，且底座盒1上转动安装有支架座2，支架座2位于底座盒1中心位置转轴上，驱动电机一13通过其输出端上的齿轮与支架座2内部的齿圈啮合来驱动，用以控制支架座2水平绕轴转动，调节支架座2的角度。

支架座2上固定安装有调节结构，调节结构包括支架21、轴杆3和UWB通讯模块箱体4，支架21对称连接于支架座2上，UWB通讯模块箱体4与轴杆3固定连接，支架21上开设有轴孔22。

轴杆3转动连接于轴孔22内，使得UWB通讯模块箱体4可在两个支架21之间转动，且支架21上设置有驱动电机二，驱动电机二图中未示出，驱动电机二与轴杆3的一端固定连接，以驱动轴杆3在支架21上转动，使得轴杆3可实现一定角度的旋转，旋转调节UWB通讯模块箱体4的俯仰角度。

UWB通讯模块箱体4的一端固定连接有UWB天线阵面体5，UWB天线阵面体5上安装有若干个天线模块6，天线模块6用于进行UWB通讯模块的数据接收或发送。

本实施例中，UWB天线阵面体5上设置三个天线模块6，三个天线模块6的中心点构成等边三角形结构，保证天线模块6布置间距相同，其中以等边三角形分布方式来布置天线模块6，可确保3个天线模组在共享发射空间情况下可均匀分配，发射效果相同，不会出现空间占用不平衡状态，以此方式布置可确保每个天线模块的通讯效率一致，来达到更好的UWB通讯效果，保证大数据在电力线载波与UWB技术融合通讯上平衡稳定的传输。

UWB通讯模块箱体4、UWB天线阵面体5和UWB数据通讯的天线模块6为一体式结构，组成UWB通讯单元。

三个天线模块6的工作情况如下：

一、选择三个天线模块6中任意一个进行信号接收，其余两个进行信号发送；

二、选择三个天线模块6中任意两个进行信号接收，剩余一个进行信号发送；

三、选择三个天线模块6全部进行信号接收或全部进行信号发送。

上述的天线模块6工作情况选择，可根据实际不同通讯带宽来调节，适用于不同通讯带宽的需求，且在电力线载波通讯通道上，在有效通讯数据上，包含多个通讯节点，相关的通讯节点上设置的UWB通讯模块可进行信息交互、参数设置、工作模式选择等操作。

其中UWB定位算法，先测量时间、角度和信号强度，再结合各个节点的几何位置或信号强度指纹库计算或匹配标签节点的相对位置，进行UWB测角定位，此为现有技术，此处不做赘述，根据UWB模块精准测量收发方之间的相对方位角，并依据UWB模块测量结果，来调整天线的指向，使收发方匹配，达到点对点大数据传输。

有益效果：

现阶段电力线载波通讯中，多节点共享总线带宽，安全性较低，且任意时刻只有一个节点能获得发送数据权限，收发数据速度和数量有限，不适合大数据使用，相较于现阶段电力线载波通讯的缺陷，本实施例中基于电力载波通讯和UWB通讯两种通讯模式融合，在整个网络中，大数据通讯节点之间，大容量数据通过UWB通讯链路实现点对点传播，天线模块6的传播角度可调节，多个对象通讯节点之间可独立完成点对点定向传输。

相比现阶段共享总线的电力线载波通讯模式，整个网络中通讯节点数量越多，每节点等效平均带宽越少。

本实施例中基于两个通讯节点之间可调整阵面的天线模块6，实现通讯节点之间的点对点通讯，节点之间可充分利用UWB的通讯带宽，同一时间不同通讯的节点之间产生相互干扰的概率大大降低，每个节点的通讯带宽都不会降低，不会干扰其他天线模块6的信号传输，不会对其他节点之间的通讯链路产生影响，提高数据传播效率，通讯安全性高，可避免电力线载波通讯被窃听。

本实施例中UWB通讯模块还采用收发可调整的多天线结构，在不同带宽需求的情况下选择不同的天线组合模式，实现不同带宽需求的通讯模式。

在实际使用时，发送方的通讯节点通过电力线载波通讯，实现全网广播，与数据接收方握手；依据双方握手信息，发送方扫描方式对接收方做测向，同时接收方对发送方也进行测向；依照双方握手信息，交换测向信息，利用调节结构控制天线阵面角度，使双方天线模块6正对；双方依照握手信息，交换待通讯的数据包信息，再选择多天线的不同工作模式；双方基于UWB通讯模块实现大数据的交互传递，传递完成后，双方结束握手通讯流程。

一种基于UWB与电力线载波的大数据传输设备的方法，方法包括如下步骤：

步骤一：

基于电力线载波通讯，数据发送方向接收方传递握手信号进行握手。

步骤二：

依照双方握手信息，发送方与接收方相互进行测向操作。

步骤三：

依照双方握手信息，交换测向信息，并调整双方UWB模块天线阵面上的天线模块6正对。

步骤四：

依照双方握手信息，交换待通讯的信息，再选择设置多天线的工作模式。

步骤五：

双方基于UWB通讯模块交互传递大数据信息后，结束握手通讯。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。